什么才是软件定义汽车？

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导读：移动出行时代，汽车逐渐由机械驱动的硬件向软件驱动的电子产品过渡，软件定义汽车趋势愈发明显。这一过程中汽车软件以和硬件深度耦合的方式得到发展；现如今，汽车企业的车型硬件配置已逐渐趋同，成本和功能改善空间有限，传统汽车价值链面临重构，而新能源和智能化逐渐获得成功，汽车软件开始成为车企打造差异化的核心要素，汽车行业逐渐迈向软件定义汽车（Software Defined Vehicles， SDV）的时代。

EE 架构升级是软件定义汽车的硬件基础

智能化与 联化建立在合适的电子电气架构核心的计算能力上，硬件基础是软件定义汽车的前提，EE架构主要看四方面：

计算性能：汽车芯片由 MCU 转向 SoC。MCU 芯片通常只包含一个 CPU 处理 器单元、存储和接口单元，算力一般仅几百 DMIPS；而 SoC 是系统级芯片，一 般采用“CPU+AI 芯片（GPUFPGAASIC）”架构方案，如英伟达 Orin X 算力 高达 254TOPS。

通讯带宽：车载以太 成为汽车骨干通讯 络。传统的分布式架构中 ECU 之 间大多通过 CAN 通讯、LIN 通讯、Flex Ray 等通讯，数据的传输速度非常有 限，一般只有几兆每秒。随着车内传感器数量增加，数据传输体量和速率要求 大幅提高，未来车载以太 将成为汽车骨干 ，在单对非屏蔽双绞线上可实现 100Mbit/s，甚至 1Gbit/s 的传输速率。

软硬解耦实现 OTA 升级。汽车由烟囱式垂直架构转变为通用硬件平台+基础软件平台+各类应用软件的水平分层架构，实现软硬件的解耦。硬件预埋，软件 OTA ，实现 软件功能迭代推动整车功能升级。

更好的成本管控。目前在高端车型与智能化程度高的车型中主要 ECU 的数量 达到 100 多个，加上一些简单功能的 ECU 总数可以超过 200 个，ECU 增加对 应线束增加带来成本提升，通过域控集成方式可较大幅度减少 ECU 数量；此 外，ECU 由不同供应商提供，任何功能修改涉及多个控制器重新开发、验证， 耗时耗力，且软件逻辑被供应商把控，主机厂无法对软件功能实现高效管理。

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SOA 是软件定义汽车的软件趋势

传统分布式 EE 架构主要基于面向信 架构（Signal-Oriented Architecture），这种软件架构无法满足智能化汽车的需求；

ECU 间信 收发关系是静态，ECU 各功能的编码在架构设计阶段被预先定义在 ECU 排序文件中。

面向信 架构仅支持接受和发送模式，不支 持请求和响应模式，不能实现交互

软件硬件高度耦合，软件发生改动或升级时，需要对整车进行集成验证，时间花费较长且难度较大。

软件功能改动成本高，难度大。在传统的面向信 架构下，如果某个软件功能 需要改动，整车通讯系统和 ECU 都要发生改动，而 ECU 数量的急剧增加使得 这一过程的成本和复杂度显著上升。

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SOA 极大地减少了软件升级的复杂度和成本，提高了效率。

SOA 将车端不同功能及硬件能力划分为服务，并按整车的原子能力将服务拆分为颗 粒度更小的接口。

SOA 各服务组件的接口进行标准化封装，可通过既定协议互相访问、 拓展组合；SOA 的核心要素包括松耦合、标准化定义、软件复用等。

SOA 使应用 层功能可在不同车型上复用，且能够基于标准化接口快速响应用户新的功能需求，

汽车软件架构

智能汽车软件分为三层架构，包括：

底层系统软件层，包括 BSP、虚拟机、系统 内核、中间件组件等；

功能软件层：包括库组件、中间件等，位于操作系统、 络和数据库之上，应用软件的下层，为应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户 灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件；

上层应用算法软件层，包括智能座舱 HMI、ADAS/AD 算法、 联算法、云平台等，用于实际实现对于车辆的控制与各种 智能化功能。

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系统软件层——狭义操作系统

汽车操作系统是管理和控制智能汽车硬件和软件资源的底层，提供运行环境、通信 机制和安全机制等。按照对底层操作系统改造程度以及能力深度的不同，主要可以 分为以下几种∶

基础型操作系统：如 QNX、Linux、WinCE 等，包含全新底层操作系统和所有 系统组件，如系统内核、底层驱动等，有的还包括虚拟机。

定制型操作系统：指在基础型操作系统之上进行深度定制化开发（包括修改内 核、硬件驱动、运行时环境、应用程序框架等），最终实现座舱系统平台或自 动驾驶系统平台，如大众 VW.OS、特斯拉 Version、Google 车载 Android、华 为鸿蒙 OS、AliOS 等。

ROM 型汽车操作系统：基于 Linux 或安卓等基础型操作系统进行有限的定制 化开发，不涉及系统内核更改，一般只修改更新操作系统自带的应用程序等。大部分车企一般都选择开发 ROM 型操作系统。

超级 APP：又称车机互联或手机映射系统，不是完整意义上的汽车操作系统， 其借助手机的丰富功能映射到汽车中控，以满足车主对娱乐的需求，代表有苹 果 CarPlay、百度 CarLife、华为 Hicar 等。

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操作系统内核又称为“底层 OS”，提供操作系统最基本的功能，负责管理系统的 进程、内存、设备驱动程序、文件和 络系统，是系统软件层的核心。由于开发难 度最大且安全性要求最高，其市场竞争格局较为稳定，主要以 QNX、Linux、Android、 WinCE 为主。

长期看，未来市场将是 QNX、Linux、Android 三足鼎立的局面。根据 IHS Automotive 数据统计，系统内核目前主要以 QNX 和开源的 Linux、Android 为主，合计市占率 已近 90%。从系统性能上，三大主流系统各具优势。

QNX 凭借高安全性、高 稳定性和高实时性，牢牢占据汽车嵌入式操作系统市占率第一的位置。从适用领域上看，QNX 系统更适用于仪表系统、动力系统等 对安全性能要求更高的领域

Linux（包括 基于 Linux 开发的 Android）与 QNX 相比最大的优势在于开源，具有很强的定制开 发灵活度、扩展性强。Linux 和 Android 在车载信息娱乐领域更具优势。

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头部主机厂和第三方企业都积极布局汽车操作系统。如Tesla.OS、大众集团的 VW.OS、戴姆勒 MB.OS、 BMW-OS、吉 利 GKUI 等，都是基于 Linux、QNX 和其他 RTOS 等内核实现硬件抽象化，形成 支持应用开发的中间层操作系统，定义开发者交互逻辑，搭建应用层。

自研操作系统有助于简化车辆软件开发流程及增加 OTA 频率。

特斯拉采用开源 Linux 自研操作系统，不再依赖于软件供应商，而是自己完 全掌握堆栈，一旦发现问题即可通过 OTA 进行快速修正与升级，提升用户体验。自 2014 年首次在 Model S 上使用自研操作系统以来，特斯拉已通过 OTA 技术对其操 作系统进行了多次重大升级。

自研操作系统而可以掌握开发者生态资源，形成一 定垄断优势。如德国大众自研 VW.OS，依托自身近千万辆汽车年销量，迫使 Tier1 以及软件供应商甚至其他 OEM 在 VW.OS 的基础上进行开发，使之成为智能手机 领域的 IOS，最终形成“OS 授权许可费+车联 服务+APP 对接许可费+APP 增值服 务分成”的商业模式，获得超额利润。

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第三方汽车操作系统玩家包括：TINNOVE 梧桐车（腾讯系）、斑马智行（阿里系）、 国汽智控、百度和华为等，这些企业主要是在主流底层 OS 基础上进行独立操作系 统的研发。从技术上看，互联 及科技企业凭借自身软件研发的优势，对系统改造 程度高、产品生态丰富。因此，第三方企业产品本身具备较强竞争力，可与生态较 单一、研发能力欠缺的车企进行合作，形成良性互补。

从与车企合作情况上看，第三方企业与车企积极合作，伙伴众多。2016 年斑马智行 与上汽合作推出搭载 Alios 系统的荣威、名爵等十多款车型，2017 年与神龙汽车合 作。华为超级 APP 系统 HiCar 目前合作的车企超过 20 家，包括沃尔沃、长安、吉 利、东风、广汽传祺、比亚迪等品牌，合作的车型超过 150 款。

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系统软件层——BSP 层

BSP（板级支持包）是内核与硬件之间的接口层，一般认为它属于操作系统一部分。BSP 中主要包括 Bootloader（以基础支持代码来加载操作系统的引导程序）、HAL （硬件抽象层）代码、驱动程序、配置文档等。对于具体的硬件平台，与硬件相关 的代码都被封装在 BSP 中，由 BSP 向上提供虚拟的硬件平台，与操作系统通过定 义好的接口进行交互，使之能够更好的运行于硬件主板。其目的在于为操作系统提 供虚拟硬件平台，使其具有硬件无关性，可以在多平台上移植。

BSP 是相对于操作系统而言的，不同的操作系统对应于不同定义形式的 BSP。例 如 VxWorks 的 BSP 和 Linux 的 BSP 相对于某一 CPU 来说尽管实现的功能一 样，可是写法和接口定义是完全不同的，所以写 BSP 一定要按照该系统 BSP 的定 义形式来写，这样才能与上层 OS 保持正确的接口。